基于缺口环法和相对法评价材料在特殊条件下的弹性模量

发布时间：2017-11-05 12:22

  本文关键词：基于缺口环法和相对法评价材料在特殊条件下的弹性模量

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【摘要】：随着各种先进材料在多种领域的快速发展,需要将具有不同功能的材料组装复合后使用或开发高性能微观尺度元件,从而使其能够在各种特殊条件下安全服役并发挥作用,包括材料外部及其内部的特殊条件。其中,弹性模量是材料的重要核心力学性能及结构参数之一,对于材料设计与安全使用至关重要。本文发挥本课题组提出的相对法与缺口环法各自以及相结合的优势,开展材料在超高温下弹性模量评价、管材涂层弹性模量评价及其他表征工作的理论分析及实验研究。首先,本文利用相对法解决了超高温下缺口环变形测量的难题,即通过对比缺口环试件和刚性圆板试件的横梁位移差即可得到缺口环试件的真实变形,从而得到材料在1500℃以上的弹性模量。该方法解决了高温及超高温下变形难测量的世界性难题,且无需其他先进复杂设备仪器,实现了在此极端环境下材料弹性模量快速、高效、准确、便捷的评价与表征。其次,基于管材涂层弹性模量较难评价的问题,本文结合相对法和缺口环法推导了三种管材涂层弹性模量的计算公式,用于评价石墨管材上CVD-SiC涂层的弹性模量。通过建立有涂层和无涂层缺口环试件之间的数学等价关系,测量二者间的弹性模量之比及压缩位移之比即可得到管材涂层上的弹性模量。除了上述两项结合相对法和缺口环法评价材料在特殊条件下的力学性能外,本文还针对单独的缺口环法或相对法进行了一些相应的延伸和拓展。1)本文将相对法测试高温变形的原理引入三点弯曲法后用于评价低刚度材料在超高温极端环境下的弹性模量,例如石墨。同时在此基础之上,讨论孔隙率对石墨在1500~2000℃范围内弹性模量的影响。结果表明孔隙对石墨的超高温弹性模量具有正反两方面影响,故存在一个最佳孔隙率使得石墨弹性模量的拐点温度更高,且在2000℃后相比其他石墨具有较高的弹性模量。2)本文推导了闭口环法计算公式用于评价低刚度管材的弹性模量与弯曲强度,特别是纤维复合增强管材。作为缺口环法的重要补充内容,两种方法互补不足,可用于评价大多数管材的力学特征。3)本文在原有相对法测试涂层弹性模量的基础上进行延伸,推导出可以评价涂层在水平方向的弹性模量的计算公式,进一步完善了涂层在不同方向上的力学性能的表征与评价方法。
【学位授予单位】：中国建筑材料科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB30

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本文编号：1144190